淺析橋梁的加固設(shè)計(jì)與施工

李茂林

摘 要：最近幾年，我國的交通運(yùn)輸獲得了飛速發(fā)展，運(yùn)輸?shù)呢浳镌絹碓街?，?duì)于橋梁的要求也越來越高，但現(xiàn)役的部分橋梁在安全方面存在很多隱患，有必要對(duì)其進(jìn)行加固。文章以長陽縣偏巖大橋?yàn)槔鶕?jù)其施工、加固方面取得的經(jīng)驗(yàn)，提出了橋梁加固應(yīng)該依據(jù)的原則。并以此為基礎(chǔ)，指出了橋梁在加固設(shè)計(jì)和施工過程中應(yīng)注意的問題，希望能夠?qū)窈蟮墓窐蛄杭庸逃幸欢ǖ闹笇?dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：橋梁；加固；設(shè)計(jì)；施工

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）21-0151-03

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國早期建設(shè)的公路橋梁雖然依舊發(fā)揮著重要作用，但已不能適應(yīng)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)，在安全問題上存在很大隱患，主要表現(xiàn)為承載力不足，很多公路橋梁的實(shí)際負(fù)擔(dān)重量將要超過承受能力，所以對(duì)公路的安全使用具有很大的影響，必須立即對(duì)現(xiàn)有公路橋梁進(jìn)行加固。

1 橋梁加固設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 技術(shù)先進(jìn)原則

最近幾年，在橋梁加固方面運(yùn)用的技術(shù)和材料已遙遙領(lǐng)先于目前新建橋梁，如加固過程中普遍應(yīng)用的粘貼碳纖維布加固法，在很大應(yīng)用范圍內(nèi)解決了橋梁加固過程中存在的維修問題。尤其是最近時(shí)期內(nèi)，又出現(xiàn)了SRAP加固法，很多專家正在進(jìn)行此方面的研究與開發(fā)。這些先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是加固速度快、不會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷橋梁的原有結(jié)構(gòu)。所以，在確定公路橋梁的加固方案時(shí)，應(yīng)該首先考慮安全可靠性高的加固方案，使用最為先進(jìn)的加固材料，運(yùn)用當(dāng)前最新的加固方法，在保證加固質(zhì)量的情況下，盡量減少對(duì)公路橋梁原有結(jié)構(gòu)的破壞。

1.2 安全可靠、適用耐久的原則

在設(shè)計(jì)公路橋梁的加固方案時(shí)，要首先考慮到加固工程的安全性與耐久性，這些性能的保證可以有效解決公路橋梁在使用過程中的承載能力、安全性能、在較長的時(shí)期內(nèi)不用維修等。公路橋梁的耐久性不但可以有效抵抗來自外界的侵害，還可以增強(qiáng)橋梁的承載能力，使橋梁具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。進(jìn)行橋梁加固，就是因?yàn)闃蛄嚎馆d能力有所下降，但形成這種現(xiàn)象的原因多種多樣，主要有各種原因形成的鋼筋銹蝕，混凝土變質(zhì)，以及橋梁先天設(shè)計(jì)存在一定的缺點(diǎn)等。根據(jù)橋梁研究的數(shù)據(jù)表明，進(jìn)行橋梁加固就是由于橋梁的耐久性達(dá)不到要求。所以在橋梁加固過程中，不但要求提高橋梁的承載能力，使橋梁結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，還應(yīng)注意到加固工程結(jié)束后橋梁的耐久性，保證橋梁在相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)具有穩(wěn)定的承載能力和使用性能。

1.3 經(jīng)濟(jì)合理的原則

進(jìn)行橋梁的加固是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，首先要全面估算加固成本，當(dāng)中包括檢查、檢測和計(jì)算，如果運(yùn)用上述技術(shù)手段不能有效確定橋梁的承載能力，就需采用荷載實(shí)驗(yàn)的方法來確定橋梁的實(shí)際承載能力，利用全面整合這些技術(shù)手段得到的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)加固方案，在確定方案以后進(jìn)行施工加固。根據(jù)上面這些工作流程可以得出，在進(jìn)行橋梁加固時(shí)，有時(shí)規(guī)模很小，但加固工程涉及的內(nèi)容卻很多，因此大大增加了加固成本，要求在確定加固方案時(shí)，一定要首先考慮到加固成本。

1.4 以人為本的原則

第一，保證橋梁行車安全和橋梁較長的運(yùn)用時(shí)間，如果發(fā)現(xiàn)橋梁有所損傷，則必須迅速組織有關(guān)力量進(jìn)行加固，因?yàn)闃蛄旱膿p傷會(huì)隨著時(shí)間的延長不斷加重。第二，在進(jìn)行橋梁加固時(shí)，要制訂嚴(yán)密的施工計(jì)劃，不但要注意施工人員的人身安全不受損害，而且還要保證施工質(zhì)量，盡量減小施工對(duì)交通的影響，并且還要考慮到施工對(duì)環(huán)境的污染問題，保護(hù)自然環(huán)境不受損害。隨著社會(huì)的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)越來越重視，所以橋梁的加固工程也要考慮到環(huán)境保護(hù)問題。

2 長陽偏巖大橋概況

偏巖大橋位于318國道K1 288+584處，該橋?yàn)殡p跨正交拱橋，全長95.794 m，主拱為凈跨76 m的空腹式（8腹孔）等截面鋼筋砼雙曲拱，f0/l0≈1/8，拱軸線為懸鏈線按恒載壓力調(diào)整后確定。主拱圈由4肋+3波+2懸半波組合構(gòu)成。主拱肋寬55cm，小拱波腳以下主肋高46 cm，小拱波凈跨170 cm，副孔為凈跨-5.5 m鋼筋砼板拱，f0/l0≈1/8。原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-15，掛-80。腹拱立柱為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，腹拱橫墻為現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)。

3 橋梁病害狀況

3.1 主拱圈病害

主拱肋多處出現(xiàn)沿肋邊的縱向裂縫，裂縫長達(dá)數(shù)米，部分裂縫在肋底面和側(cè)面閉合，并伴有砼脫落現(xiàn)象。經(jīng)鑿開裂縫部位查看，主肋鋼筋嚴(yán)重銹蝕。主肋拱腳段肋邊砼裂縫嚴(yán)重，縱向數(shù)條，裂縫橫向、環(huán)向閉合。

3.2 腹拱，橫墻病害

所有腹拱板均出現(xiàn)縱向裂縫，特別是腹拱跨中段裂縫密集，裂縫最寬處達(dá)2 cm，漢岸3號(hào)腹拱有兩塊腹拱板沿跨中斷裂下沉。

橫墻為現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，4號(hào)5號(hào)腹拱前后橫墻均出現(xiàn)豎向或豎斜向裂縫，縫寬0.8～2 cm，腹拱板端頭處長期有水下滲，墻頂砼碳化嚴(yán)重，質(zhì)地疏松，腹拱立柱有豎向應(yīng)變裂縫，梁帽及表面水漬斑斑，砼碳化。

3.3 橋面系病害

欄桿部分缺失，橋面砼破損嚴(yán)重，呈碎塊狀，雖經(jīng)幾次維修，但每次維修后的使用期限仍然較短，最長1年后就全部破壞，橋面在腹拱斷裂處沉陷。該橋曾于2007年7月進(jìn)行荷載實(shí)驗(yàn)，檢測結(jié)論認(rèn)為需對(duì)腹拱及橋面系進(jìn)行更換，對(duì)主拱肋、橫墻、立柱、橫隔板等進(jìn)行加固和維修。2008年4月湖北省公路局曾委托湖北省交科院對(duì)該橋進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查的病害情況認(rèn)定該橋存在安全隱患。

4 加固設(shè)計(jì)方案及施工重點(diǎn)

4.1 本橋加固方案

①主拱肋及橫隔板加固。針對(duì)主拱肋病害狀況，增大主拱肋截面，采用新增部分半包圍結(jié)構(gòu)形式，即拱肋三面環(huán)包厚15 cm的C40鋼筋砼，橋臺(tái)前墻加寬20 cm至橋臺(tái)基礎(chǔ)頂面。

橫隔板加厚加大截面，即兩側(cè)面加厚15 cm的C40鋼筋砼至主肋底面。

②主拱墩、橫墻加固。橫墻豎向或豎斜向斷開裂縫段，首先鑿除砼，然后布筋，現(xiàn)澆同原墻厚度相同的鋼筋砼。立柱、橫墻的豎向細(xì)微裂縫部分，用聚合物砂漿修補(bǔ)。臺(tái)帽缺陷處鑿去軟弱層和碳化層，厚度較大的部分用鋼筋砼修補(bǔ)，較小部分用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。

③腹拱及橋面系加固。腹拱及橋面系全部拆除，預(yù)制厚30 cm的C30鋼筋砼拱板更換原腹拱板。腹拱填料填筑水泥穩(wěn)定粒料，橋面鋪裝厚（15～20）cm鋼筋砼橋面。重新預(yù)制安裝欄桿和人行道。橋面原則上以原標(biāo)高為控制標(biāo)高。

4.2 施工重點(diǎn)

根據(jù)本橋加固設(shè)計(jì)方案，考慮現(xiàn)場多方面因素，如工期、資金、技術(shù)、設(shè)備等影響，施工難度大，特別是部分細(xì)部施工比較困難，其重點(diǎn)如下：

①在加固橋梁的主肋時(shí)，各種模板的利用方法。

②解決主肋加固過程中的平臺(tái)安裝、設(shè)備利用、材料運(yùn)輸和各個(gè)施工步驟的連接等。

③在澆筑主肋砼時(shí)，要高度重視材料的密實(shí)工作，尤其是頂端的材料密實(shí)工作。

④對(duì)拆除過程中出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行處理。

⑤施工建設(shè)中的采取各種安全措施。

施工總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

①鋼筋制作加工場地：設(shè)在緊挨橋頭的瀝青拌和場空地內(nèi)。

②砼拌和場地：設(shè)在偏巖橋川岸橋頭空地20 m范圍內(nèi)。

③預(yù)制場：設(shè)在偏巖橋兩岸道路上。

④項(xiàng)目部：設(shè)在離偏巖橋漢岸130 m處左側(cè)農(nóng)戶家中。

⑤施工隊(duì)駐地：設(shè)在離偏巖橋川岸50 m左側(cè)的偏巖養(yǎng)護(hù)站院內(nèi)。

4.2.1 腹拱橫墻、立柱加固

腹拱橫墻、立柱加固加圖流程如圖2所示。

加固注意事項(xiàng)：

①橫墻斷開裂縫部分的加固。橫墻大面積破損修補(bǔ)原則是將斷裂或破損部分采用人工鑿除，順橫墻方向植入水平鋼筋，然后制安豎向筋和箍筋，立模、澆注砼至標(biāo)高。

施工要點(diǎn)：必須采用人工輔以小型機(jī)具鑿除，不能破壞其它未損壞部分。

②腹拱立柱、橫墻細(xì)小裂縫的維修。此部分人工沿裂縫方向鑿除裂縫砼至內(nèi)側(cè)未裂面，然后用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。

③立柱橫墻頂面標(biāo)高調(diào)節(jié)及維修。本橋以現(xiàn)有的橋面標(biāo)高為控制點(diǎn)，標(biāo)高調(diào)整位置在腹拱橫墻立柱頂端。鑿除頂部缺陷砼，遇鋼筋時(shí)進(jìn)行切割，預(yù)鑿10 cm左右高差，用于柱、墻帽的加固，頂部找平，柱帽頂部植筋并設(shè)鋼筋網(wǎng)，提高整體受力性能。

4.2.2 主拱肋、橫隔板加固

主拱肋設(shè)計(jì)加固是加大原肋截面，三面環(huán)包厚10 cm砼，加強(qiáng)鋼筋，橫隔板加大截面，與主肋加固后的底面平齊，兩側(cè)面環(huán)包厚15 cm砼，因本橋河道寬且深，水快漲快跌，不能單獨(dú)搭設(shè)支架，在拱肋底澆砼難度大，施工困難，初步擬定拱頂兩端搭設(shè)支架和吊架共同組成施工平臺(tái)，吊架在主拱下水平、豎直移動(dòng)，以解決施工中的相關(guān)問題。主肋及橫隔板現(xiàn)澆砼模板，利用錨固鋼筋懸掛固定。

主肋施工順序安排和原則：一次連續(xù)澆注成型一片主肋，肋片按3，1，4，2順序先后澆筑。澆筑主肋砼時(shí)，與主肋交叉的所有橫隔板模板同時(shí)澆筑。橫隔板模板全部安裝完成，所有施工縫均留于橫隔板上，每塊橫隔板澆筑的長度不短于0.5 m?？v向相鄰橫隔板施工縫必須前后錯(cuò)開0.3 m左右，主肋在澆筑中兩側(cè)對(duì)稱均衡施工。

施工工藝流程：吊架就位→粘結(jié)鋼板拆除→錨固筋孔位放樣→打孔植筋→缺陷砼鑿除→砼表面鑿毛→鑿毛后清洗→原外露鋼筋除銹→新加鋼筋綁扎安設(shè)→模板安裝→檢查驗(yàn)收→澆筑砼→拆模養(yǎng)護(hù)。

①吊架設(shè)備制作、安裝。用不同型號(hào)槽鋼、角鋼焊制桁架型吊架，兩吊架中間用鋼管剛性連接，形成一個(gè)可移動(dòng)的吊掛設(shè)備單元，形狀結(jié)構(gòu)見圖3吊架立面圖。

吊架用鋼絲繩吊于橋腹拱立柱帽頂?shù)腫200槽鋼上，通過槽鋼移動(dòng)實(shí)現(xiàn)吊架水平移動(dòng)，通過手搖轱轆實(shí)現(xiàn)吊架垂直移動(dòng)，平面布置詳見圖4吊架平面圖。

橋兩端旱坡及淺水區(qū)域范圍各搭設(shè)長15 m支架（靠近前墻端2.5 m長空間不需搭設(shè)支架）。支架與吊掛用鋼管連接，形成施工平臺(tái)，吊架共計(jì)5片。

②主肋、橫隔板鑿毛清洗。原構(gòu)件砼缺陷部分全部鑿除，用鋼刷清洗老混凝土的表面，將混凝土表面的泥土、粉塵、油污及碎渣清洗干凈。用鑿子將砼表面鑿毛，露出骨料，鑿成間距3 cm，凹凸差不小于6 mm的小坑，再用清水沖洗，用鋼刷清洗小坑，將混凝土碎渣全部清除干凈。在老砼表面上刷一層水泥凈漿，其厚度為1～2 mm。

4.2.3 腹拱板預(yù)制安裝

腹拱板施工工藝流程：地模制作→鋼模制作→鋼模安裝→鋼筋制安→澆筑混凝土→吊運(yùn)堆放→安裝。

①地模制作。地模采用M7.5砂漿和標(biāo)準(zhǔn)磚砌筑底座和側(cè)墻，底座用水平儀測定標(biāo)高，保證座底四周水平，中間空腹部分填筑砂石料，弧形頂面澆筑8 cm厚C25混凝土，然后用M10砂漿粉刷至尺寸要求。地模制作共20塊，武漢方向9塊，四川方向11塊。

②鋼模制作。鋼模板采用L63、L50、L45角鐵焊接主骨架，模邊板焊厚2 mm鐵板，其形狀和尺寸滿足腹板實(shí)體形狀和尺寸。

③鋼模安裝。將制作好的鋼模立于地模底座上，用φ20螺桿連接兩鋼模主骨架，底座直邊3道φ70PVC管螺栓孔，弧形頂邊7道φ30PVC管螺栓孔。

④鋼筋制安。小腹拱板分中板和邊板兩種，其尺寸和鋼筋分布略有不同，在鋼筋制作安裝過程中要加以區(qū)分。所用鋼筋必須是經(jīng)過檢測合格的產(chǎn)品，表面無銹蝕，經(jīng)鋼筋調(diào)直機(jī)調(diào)直后的鋼筋必須平直，無局部彎折。嚴(yán)格按照施工圖紙對(duì)小腹板內(nèi)所需鋼筋進(jìn)行加工，安裝。

⑤澆筑混凝土。鋼筋、模板經(jīng)自檢合格，報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)入砼澆筑，砼根據(jù)設(shè)計(jì)配合比拌和，各種材料經(jīng)過磅秤現(xiàn)場稱量至設(shè)計(jì)用量方可送至攪拌機(jī)，拌和均勻后由小型砼運(yùn)輸車運(yùn)輸至小腹板澆筑地點(diǎn)，人工用鐵鍬裝入模內(nèi)，由于小腹板模為梯形，上窄下寬，故在振搗時(shí)一定要注意下部的密實(shí)度。振搗時(shí)，振動(dòng)棒不得碰到模板，振動(dòng)到砼停止下沉，無顯著氣泡上升，表面平坦一致，呈現(xiàn)薄層水泥漿為止。在澆筑過程中應(yīng)保證砼輸送的連續(xù)性，還應(yīng)經(jīng)常檢查模板、鋼筋骨架以及預(yù)埋件的情況，保證其不受損傷或者移位。砼澆筑完畢應(yīng)及時(shí)收光抹面，使其滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。然后用土工布覆蓋，并派專人灑水養(yǎng)護(hù)，待砼強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上方可進(jìn)行拆模，拆模后整體覆蓋并灑水養(yǎng)生。

⑥腹板吊裝。預(yù)制腹板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%以上方可吊裝。

工藝流程：測量放樣→蓋梁M10砂漿座漿找平→預(yù)制板運(yùn)輸→吊板就位→復(fù)測校正→澆筑板端接頭處C30砼。

主要施工方法：將腹板運(yùn)輸至橋頭，采用輕型設(shè)備，如扒桿，吊裝就位，運(yùn)輸過程中必須保證板的簡支狀態(tài)，做到輕吊輕放。

施工要點(diǎn)：安裝時(shí)從橋兩頭方向向跨中對(duì)稱安裝，在每孔的安裝中，由中央向兩側(cè)對(duì)稱安裝，吊安設(shè)備嚴(yán)禁采用大型機(jī)械設(shè)備，防止對(duì)腹拱、立柱、立墻產(chǎn)生不均勻、較大的推力，破壞柱墻。板吊裝就位后澆筑板端接頭處C30砼。

4.2.4 橋面鋪裝

①施工工藝流程。施工放樣→M10砂漿找平→防水層→鋼筋制安→立?！艥仓耪駬v→表面壓光→抹面→拉毛→養(yǎng)護(hù)（切縫）。

②施工要點(diǎn)。底層鋼筋墊塊用C15砼預(yù)制，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。鋼筋網(wǎng)中間用短筋焊接支起，防止鋼筋網(wǎng)塌落。腹拱填料頂面嚴(yán)禁滯留油污，澆筑砼前要清洗。砼澆筑順序?yàn)閺目缰蟹较蛳騼深^對(duì)稱澆筑，砼一層澆筑到位，澆筑時(shí)不能在鋼筋網(wǎng)上集中堆砌砼，防止鋼筋網(wǎng)受壓變形或移位。

5 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)也獲得了發(fā)展的機(jī)會(huì)，隨著車輛的負(fù)載越來越大，對(duì)公路橋梁提出了更高的要求，我國現(xiàn)有橋梁在過去很長時(shí)期內(nèi)發(fā)揮了重要作用，但目前已不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，必須進(jìn)行加固與維修。本文依據(jù)橋梁加固最先進(jìn)技術(shù)，運(yùn)用某個(gè)橋梁加固的實(shí)例，主要探討了橋梁加固過程中的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)、施工、各種設(shè)備的安裝等步驟，希望能夠?yàn)榻窈箢愃茦蛄杭庸坦こ烫峁﹨⒖肌?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 李真，苗家武，王耀軍.北京周邊幾座橋梁加固設(shè)計(jì)概要[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010，（23）.

[2] 肖斌，彭明佶.某高速公路橋梁加固設(shè)計(jì)及施工工藝分析[J].中國水運(yùn)，2012，（1）.

[3] 歐迎.公路橋梁加固設(shè)計(jì)及其施工建議探析[J].科技資訊，2012，（24）.